双极性运算放大器参数的测试

1、双极性运算放大器参数的测试运算放大器（简称运放）是一种直接耦合的高效增益放大器，在外接不 同反馈网络后，可具有不同的运算功能。运算放大器除了可对输入信号进行 加、减、乘、除、微分、积分等数学运算外，还在自动控制，测量技术、仪 器仪表等各个领域得到广泛的应用。为了更好的使用运算放大器，必须对它的各种参数有一个较为全面地了 解。运算放大器结构十分复杂，参数很多，测试方法各异。本实验的目的是熟悉运算放大器主要参数的测试原理，掌握这些参数的 测试方法。一、 实 验 原 理运算放大器的符号如图，它有两个输入端，一个是反相输入端用“” 表示，另一个位同相输入端，用“ +”表示。可以单端输入，也可以双端输

2、入。若把输入信号接在“”输入端，而“ +”端接地，或通过电阻接地， 则输出信号与输入信号反相，反之则同相。若两个输入端同时输入信号电压 为V_n V+时，其差动输入信号为 Vd=V_ V+。开环输出电压 Vo二AvoVd, Avo 为开环电压放大倍数。运算放大器在实际使用中，为了改善电路的性能，在输入端和输出端之 间总是接有不同的反馈网络。通常是接在输出端和反相输入端之间。1. 开环电压增益开环电压增益是指放大器在无反馈时的差模电压增益，其值为输出电压 变化量/ Vo和输入电压变化量/ V之比()由于Avo很大，输入信号V很小，加之输入电压与输出电压之间有相位差，从而引入了较大的测试误差，实际

3、测试中难以实现。测试开环电压增益时，都采用交流开环，直流闭环的方法。测试原理如图所示。图运算放大器符号直流通过RF实现全反馈，放大器的直流增益很小，故输入直流电平十分 稳定，不需进行零点调节。取 CF足够大，以满足RF 1/ Q CF,使放大器的反相端交流接地，以保证交流开环的目的。这样只要测得交流信号和电压Ws和VO和，就能得到206Avo = Vo/V i= Vo/R1/(R+R2) Vs=(R1+R2)/R1?(Vo/V s)在讯号频率固定的条件下，增加输入信号电压幅度，使输出端获得最大 无失真的波形。保持输入电压不变，增加输入电压频率，当输出电压的幅值 降低到低频率值的倍，此时频率为开

4、环带宽。2.输入偏置电流I IB当运算放大器的输出电压为零(或规定值)是流入两个输入端偏置电流 的平均值，为输入偏置电流IIB。设两偏置电流为IIB1和IIB2，则用图测试，若Vs=0, ks断开，当k1闭合，k2断开，测得输出电压voi。当 当k2闭合，k1断开，又可测得输出电压 V02。/Vo= VoiVo=2Rib (1+ Rf /R I)I IB 二/ Vo/2R (1+ Rf /Ri )3. 开环差模输入电阻Rd开环差模输入电阻 Rd是只差模输入电压变化与对应的输入电流变化之比。其测试原理如图所示。在该图中，要取CF足够大，使交流短路，构成交流开环，而直流是闭环，图 开环差模输入电阻

5、和输出电阻测测试Rd分两步进行，将低频正弦信号 W输入电路，先将k1、k2闭合， 测得输出正弦信号 Vo1=Av)V 1，再将k1、k2断开，测得输出正弦信号 V02, 其值为Vo2 = AvdV 1Rid/( R id+2R)= V)1Rid/( R id+2R)由此求得id=Vd2/( Vo1 Vd2)x 2R输入正弦信号 W的频率一般不超过1KHz以清除电容的影响。R不宜太 大，以减小噪声的影响。2 074. 开环输出电阻 ROS开环输出电阻FOs是指输出电压变化与其对应的输出电流变化之比。仍用 的电路进行测试。测试分两步进行，先将k1、k2闭合，k3断开，送入低频正弦信号测得输出Voi

6、二AvV 1,这里V i为输入端信号。闭合k2,接入负载阻抗R_，再 次测得输出电压V02为AvDV iFL/( Ros+FL)= Voi Rl/( Ros+FL)求得 FOs=(Vo1 -Vo2) FL/ Vo2(5. 输入失调电压 VIo由于运放电路参数的不对称,使得两个输入端都接地时,输出电压不为 零,称为放大器的失调。为了使输出电压回到零,就必须在输入端加上一个 纠偏电压来补偿这种失调, 这个所加的纠偏电压就叫运算放大器的输入失调 电压，用V。表示。故Vo的定义为使输出电压为零在两个输入端之间需加有 的直流补偿电压。输入失调电压的测量原理如图所示。图中直流电路通过 R和金接成闭合 环路

7、。通常r的取值不超过100Q, rr，这是若测得输出电压为 VO1,就 可推算出输入端的失调电压为图 输入失调电压和失调电流测试6. 输入失调电流IQIIO的定义为补偿失调电压后，使输出电压为零，而流入运算放大器两输入端的电流之差。即I I0=( I b1- I b2)(测试原理仍用图，分两步进行。第一步将k1和k2闭合，测得输出电压为Voi，因这时的电路和测试输入失调电压完全一样，故可得Voi= Vo( R+RF) /R第二步将k1和k2都断开，此时运放的两个输入端，除了失调电压 V。之 外，还有输入电流Ibi和Ib2在电阻上所产生的电压，即I biR- I b2R=( I bi- Ib2)

8、R= I IO R。若这时测得输出电压为 V02,根据前面的计算公式可知VO2= ( Voi+ I IO R) ?( RI +RF)/ RI ,由此可得I IO= Ri/( Ri+FF) ? (V Vdi) / R 7.共模抑制比kCMR运放应对共模信号有很强的抑制能力。表征这种能力的参数叫共模抑制 比，用kcMR表示。它定义为差模电压增益 Avd和共模电压增益Ave之比，即 kcM= | AvD/Ave I。kcM= I AvD/Ave I =同时的测试原理如图所示。由于FFR，该闭环电路对差模信号的增益 AW二R/RR|, R远大于信号源内阻、规定的误差带为 2o读取响应时间方法如图所示。

9、其中tr为上升时间，tf为下降时间，td（r） 为上升延迟时间，td（f）为下降延迟时间。验内容1. 开环电压增益测量。2. 输入偏置电流测量。3. 开环差模输入电阻测量4. 开环输出电阻测量。5. 输入失调电压测量。6. 输入失调电流测量。7. 共模抑制比测量。8. 电压转换速率测量。9. 脉冲响应时间测量。三、实验步骤以图所示的电路进行参数测试，步骤如下:210100k+ 5V )ll100”00k6J 3k Q15V 丄3kdGVtfikVt(G1一一一丄200a3L_3V-Dl冲(b接51kKI 200 卩+310kR3k 埜1000Pk1接电容。K3、k4根据需要可接入R-和O。参照

10、实验原理进行各个参数的(a图运算放大器参数测试电电路。测试时将k2接输入信号,1. 测试运放得开环特性参数用图测试。2.测试大信号脉冲参数也采用图(a)的电路。测试时将k2接电阻，k1接脉冲信号源，R根据需要选取，从输入和输出脉冲波形中读取各个有关脉冲 的参数。测试时可利用K3和k4接入负载RL和以观察FL和CL对脉冲参数的 影响3. 测试失调特性参数和共模特性参数都采用图 （b）的电路。图中的AT为 被测电路，A为辅助电路。若采用单电路测试方法，可将 K6和K7断开，K5 闭合。变幻开关位置，即可测试各个参数。4. 在图（b）中将k4、K3接地，分别在k1断开，k2闭合和k1闭合、k2断 开

11、两种情况下，测出辅助放大器的输出电压 VOi和V02,带入式中，即可计算 出I IB。测Vd和Iid时，都是将k4、K8接地，通过k1和k2的闭合断开，测出 辅助放大器的输出电压VOi和V02,计算Vo和ii。；测试共模特性参数时，将 k1, k2闭合，k4接地，从K3送入正弦信号VS测出辅助放大器的输出电压 VL，计算出kCMR四、实 验 数 据 处 理 根据实验内容和要求，将有关输入输出波形描绘下来，详细记录各个测 试数据，并作相应的计算。五、思 考 题1. Vcc和vee的大小对最大输出峰峰电压有何影响？2. 运放在小信号下工作和大信号下工作，状态有何不同？3. 采用辅助放大器测试有什么优点？试分析测试线路原理。六、参 考 资 料1 李清泉、黄昌宁，集成运算放大器原理及应用， 124页，科学出版社，1982 年。2 沈尚贤，模拟电子学，p231334.人民邮电出版社，1983年。3 中华人民共和国国家标准，半导